Muv-Luv Alternative - Dunia telah ditelan dalam putus asa, tiga dekade - lama perang terhadap BETA - sebuah spesies asing yang menginvasi planet ini pada tahun 1973. Di tengah kekacauan ini, seorang siswa SMA bernama Takuru Shirogane tiba-tiba bangun dari mimpi buruk yang mengerikan di mana ia melihat manusia dalam kekalahan total. Segera setelah itu, ia menyadari bahwa mimpinya tidak lebih dari kenangan hidupnya di alam semesta alternatif. Dalam kenangan tersebut, Proyek Alternatif V diimplementasikan, mengirim ratusan ribu orang ke luar angkasa sebagai jalan terakhir untuk melestarikan umat manusia, sementara meninggalkan sisa miliar di Bumi untuk menderita nasib yang kejam. Kerinduan untuk mengubah masa depan suram ini, Takeru bergabung dengan sebuah pangkalan militer di Yokohama, yang kebetulan menjadi bekas sekolahnya. Di sana, dia berhasil meyakinkan komandan dan pemimpin dari proyek Alternatif IV, Profesor Yuuko Kouzuki, untuk mencegah Alternatif V dari kejadian. Untuk memastikan keberhasilan Alternatif IV, Takuru harus pilot raksasa mesin manusia Tactical Surface Fighters (TSF) bersama rekan kadet nya. Namun, ia hanya memiliki dua bulan untuk menyelesaikan pelatihan dan mengeksploitasi sebagian pengetahuan tentang masa depan - jangan sampai tragedi berikutnya terjadi.